Phân tích đầy đủ dây chuyền sản xuất pin vỏ vuông: quy trình chính, điểm kỹ thuật và kiểm soát chất lượng

Với sự phát triển bùng nổ của ngành công nghiệp ô tô năng lượng mới, pin điện vỏ vuông đã trở thành một trong những tuyến công nghệ chủ đạo trên thị trường pin điện hiện nay do những ưu điểm của nó như mật độ năng lượng cao, cấu trúc ổn định mạnh mẽ và tuổi thọ chu kỳ dài. Là liên kết cốt lõi của việc kết nối các tế bào pin với ứng dụng điểm cuối, mức độ quy trình của dây chuyền sản xuất PACK pin vỏ vuông trực tiếp xác định hiệu suất, độ an toàn và tính nhất quán của bộ pin. Bài báo này sẽ chia sẻ một cách có hệ thống chuyên môn của dây chuyền sản xuất PACK pin vỏ vuông từ bốn chiều của quy trình cốt lõi của dây chuyền sản xuất, chi tiết quy trình chính, khó khăn kỹ thuật và hệ thống kiểm soát chất lượng.

Gói pin vỏ vuông đề cập đến sự kết hợp của nhiều tế bào vỏ vuông nối tiếp và song song để tạo thành một mô-đun, sau đó tích hợp hệ thống quản lý nhiệt, hệ thống quản lý pin (BMS), dây nịt và hộp điện áp cao và thấp để tạo thành một bộ pin với chức năng cung cấp điện hoàn chỉnh. Quy trình cốt lõi của dây chuyền sản xuất của nó có thể được chia thành năm liên kết: tiền xử lý và phân loại tế bào, lắp ráp mô-đun, lắp ráp cuối cùng của PACK, kiểm tra và thử nghiệm đầy đủ, đóng gói và lưu kho. Mỗi liên kết chứa một số bước quy trình có độ chính xác cao và các chi tiết cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Tiền xử lý và phân loại tế bào là nền tảng của việc lắp ráp mô-đun. Do sự khác biệt về thông số nhỏ (chẳng hạn như điện áp, công suất, điện trở bên trong và tốc độ tự xả) trong quá trình sản xuất tế bào vỏ vuông, việc lắp ráp trực tiếp sẽ dẫn đến hiệu suất không đồng đều của mô-đun. Do đó, dây chuyền sản xuất cần được trang bị thiết bị phân loại tế bào có độ chính xác cao. Các tế bào được kiểm tra ở nhiều kích thước thông qua máy kiểm tra điện trở bên trong điện áp, máy kiểm tra công suất, v.v. và các tế bào có thông số nhất quán được phân loại thành cùng một lô để bảo vệ cơ bản cho việc lắp ráp mô-đun tiếp theo. Ngoài ra, việc làm sạch bề mặt của các tế bào cũng là một bước quan trọng trong tiền xử lý. Thiết bị làm sạch tự động được yêu cầu để loại bỏ bụi và dầu trên bề mặt của các tế bào để tránh ảnh hưởng

Quá trình lắp ráp mô-đun là một trong những quy trình cốt lõi của dây chuyền sản xuất PACK pin vỏ vuông. Quá trình này chủ yếu bao gồm ba bước: xếp pin, hàn tai cực và đóng gói mô-đun. Việc xếp pin được hoàn thành bởi robot tự động. Các tế bào được sắp xếp được xếp chồng lên nhau theo thứ tự định trước, và các miếng đệm cách nhiệt và vật liệu đệm được đặt giữa các tế bào để cải thiện độ an toàn của mô-đun. Công nghệ hàn laser thường được sử dụng để hàn tai cực. Do độ chính xác hàn cao và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt nhỏ, nó có thể đảm bảo hiệu quả độ bền và độ dẫn điện của kết nối tai cực. Cần có hệ thống giám sát thời gian thực trong quá trình hàn để xác định xem có các khuyết tật như hàn ảo và hàn bị lỡ trong mối hàn thông qua công nghệ phát hiện trực quan hay không. Bao bì mô-đun bao gồm việc đặt các tế bào pin xếp chồng lên nhau và hàn vào khung mô-đun hợp kim nhôm, bơm keo dẫn nhiệt và đóng rắn, đồng thời tích hợp các thành phần quản lý nhiệt cấp mô-đun (chẳng hạn như tấm làm mát bằng nước) để đạt được các yêu cầu tản nhiệt của mô-đun.

Quá trình lắp ráp PACK là bước quan trọng để chuyển đổi mô-đun thành một bộ pin hoàn chỉnh. Quá trình này bao gồm bốn bước cốt lõi là cố định mô-đun, kết nối dây nịt, tích hợp BMS và niêm phong hộp. Việc sửa chữa mô-đun thông qua thiết bị thắt chặt tự động và nhiều mô-đun được cố định trong hộp PACK theo vị trí thiết kế để đảm bảo rằng khoảng cách giữa các mô-đun đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Kết nối dây nịt cần hoàn thành việc lắp các dây nịt điện áp cao và thấp theo đúng sơ đồ mạch. Các điểm kết nối cần được cách điện và chống thấm nước. Tích hợp BMS là giao tiếp và kết nối hệ thống quản lý pin với mô-đun để thực hiện giám sát tình trạng, kiểm soát sạc và xả và bảo vệ an toàn của bộ pin. Việc niêm phong hộp thông qua quá trình hàn laser hoặc chất bịt kín để đảm bảo rằng bộ pin đạt đến mức bảo vệ trên IP67 và ngăn nước và bụi xâm nhập vào bên trong.

Liên kết kiểm tra và thử nghiệm đầy đủ là tuyến phòng thủ cuối cùng để đảm bảo chất lượng của gói pin vỏ vuông. Liên kết này bao gồm ba loại: kiểm tra hiệu suất điện, kiểm tra khả năng thích ứng môi trường và kiểm tra hiệu suất an toàn. Kiểm tra hiệu suất điện bao gồm kiểm tra công suất, kiểm tra điện trở bên trong, kiểm tra chu kỳ sạc và xả, kiểm tra cân bằng điện áp, v.v., để xác minh hiệu suất điện cơ bản của bộ pin. Kiểm tra khả năng thích ứng môi trường bao gồm kiểm tra chu kỳ nhiệt độ cao và thấp, kiểm tra độ rung, kiểm tra phun muối, v.v., để mô phỏng các điều kiện môi trường khắc nghiệt của bộ pin trong sử dụng thực tế. Kiểm tra hiệu suất an toàn bao gồm kiểm tra quá tải và xả, kiểm tra ngắn mạch, kiểm tra đùn, kiểm tra đâm thủng, v.v., để đánh giá hiệu suất an toàn của bộ pin trong các điều kiện bất thường Ngoài ra, dây chuyền sản xuất cần được trang bị hệ thống kiểm tra trực quan AOI để kiểm tra toàn diện sự xuất hiện của PACK, các kết nối dây nịt và các mối hàn để đảm bảo rằng hình thức và cấu trúc sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn.

Hệ thống kiểm soát chất lượng là hỗ trợ quan trọng cho dây chuyền sản xuất PACK pin vỏ vuông. Dây chuyền sản xuất cần thiết lập hệ thống truy xuất nguồn gốc toàn bộ quy trình để ghi lại thông tin sản xuất của từng tế bào, mô-đun và PACK thông qua mã QR hoặc công nghệ RFID, để thực hiện truy xuất nguồn gốc toàn bộ vòng đời từ nguyên liệu đến thành phẩm. Đồng thời, dây chuyền sản xuất cần giới thiệu công nghệ sản xuất thông minh, theo dõi và phân tích các thông số trong quy trình sản xuất trong thời gian thực thông qua hệ thống MES, đồng thời phát hiện kịp thời các bất thường trong sản xuất và điều chỉnh các thông số quy trình. Ngoài ra, hiệu chuẩn thiết bị thường xuyên và đào tạo nhân sự cũng là chìa khóa để kiểm soát chất lượng, đảm bảo thiết bị dây chuyền sản xuất ở trong tình trạng tốt nhất và người vận hành có kỹ năng chuyên nghiệp.

Những khó khăn kỹ thuật của dây chuyền sản xuất pin vỏ vuông chủ yếu tập trung vào việc tích hợp quản lý nhiệt và sản xuất linh hoạt tự động. Về tích hợp quản lý nhiệt, do kích thước lớn của pin vỏ vuông, tính đồng nhất của tản nhiệt là một vấn đề then chốt. Dây chuyền sản xuất cần kiểm soát chính xác vị trí lắp đặt của các bộ phận quản lý nhiệt và lượng lớp phủ của vật liệu dẫn nhiệt để đạt được khả năng tản nhiệt hiệu quả của bộ pin. Về sản xuất linh hoạt tự động, với sự đa dạng hóa của các mẫu xe năng lượng mới, các thông số kỹ thuật của bộ pin cũng ngày càng tăng. Dây chuyền sản xuất cần có khả năng nhanh chóng chuyển đổi các thông số kỹ thuật sản xuất. Thông qua thiết kế mô-đun và hệ thống lập lịch trình thông minh, việc sản xuất hỗn hợp các bộ pin đa dạng có thể được thực hiện.

Trong tương lai, dây chuyền sản xuất PACK pin vỏ vuông sẽ phát triển theo hướng thông minh, xanh và hiệu quả. Về mặt thông minh, công nghệ sinh đôi kỹ thuật số sẽ được giới thiệu để mô phỏng quy trình sản xuất thực tế thông qua dây chuyền sản xuất ảo nhằm tối ưu hóa các thông số quy trình và quy trình sản xuất. Về mặt xanh, thiết bị tiết kiệm năng lượng và vật liệu thân thiện với môi trường sẽ được sử dụng để giảm tiêu thụ năng lượng và phát thải chất thải trong quá trình sản xuất. Về hiệu quả, tự động hóa dây chuyền sản xuất sẽ được tăng cường hơn nữa, chu kỳ sản xuất sẽ được rút ngắn và hiệu quả sản xuất sẽ được cải thiện. Những xu hướng phát triển này sẽ thúc đẩy nâng cấp công nghệ của dây chuyền sản xuất PACK pin vỏ vuông, hỗ trợ mạnh mẽ cho sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô năng lượng mới.